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番外 · 闲灯 / Putnam 数学竞赛 / A3 · number-theory

2017 Putnam A3

题面据 Putnam 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。 PDF:https://kskedlaya.org/putnam-archive/2017.pdf。

Putnam 2017 A3 number-theory

Let aa and bb be real numbers with a<ba<b, and let ff and gg be continuous functions from [a,b][a,b] to (0,)(0, \infty)

such that abf(x)dx=abg(x)dx\int_a^b f(x)\,dx = \int_a^b g(x)\,dx but fgf \neq g. For every positive integer nn, define

$$

I_n = \int_a^b \frac{(f(x))^{n+1}}{(g(x))^n}\,dx.

$$

Show that I1,I2,I3,I_1, I_2, I_3, \dots is an increasing sequence with limnIn=\lim_{n \to \infty} I_n = \infty.

aabba<ba<b的实数,并设ffgg为从[a,b][a,b](0,)(0, \infty)的连续函数

使得 abf(x)dx=abg(x)dx\int_a^b f(x)\,dx = \int_a^b g(x)\,dxfgf \neq g。对于每个正整数 nn,定义

$$

I_n = \int_a^b \frac{(f(x))^{n+1}}{(g(x))^n}\,dx。

$$

证明 I1,I2,I3,I_1, I_2, I_3, \dots 是一个递增序列,limnIn=\lim_{n \to \infty} I_n = \infty

提示 1

先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值。

提示 2

把整数条件转成同余方程、指数比较或下降过程。

提示 3

若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例、无限下降或模限制。

完整解答

这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。2017 年 Putnam A3 可先归入数论:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。

这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?